Введение к работе
Актуальность темы
Состав, строение и свойства лигноуглеводных композитов формируются на на-ноуровне при непосредственном участии мультиферментативных комплексов в процессе биосинтеза древесного вещества. В дальнейшем это предопределяет поведение растительных полимеров при химических и физических воздействиях. Активность ферментативных комплексов клетки зависит от внешних условий, к которым относятся абиотическое, биотическое и антропогенное воздействия. В связи с этим, изучение вопросов биосинтеза компонентов клеточных оболочек, их самоорганизации, а также влияние на эти процессы комплекса внешних и внутренних факторов приобретают все большую актуальность.
С современных позиций древесное вещество рассматривается как бионаноком-позит. Основу древесины как хвойных, так и лиственных видов составляют полисаха-ридные компоненты (целлюлоза, гемицеллюлозы и пектиновые вещества), а также полифенол нерегулярного строения - лигнин. Функции лигнина в древесине заключаются в непосредственном его участии в процессах биосинтеза и формирования надмолекулярной структуры древесного вещества, придании жесткости углеводной композиции клеточной стенки и защите растения от патогенов. Во многом это определяется функциональной природой и физико-химическими свойствами лигнина. Основной трудностью при изучении лигнинов является невозможность их выделения в неизменном виде в силу высокой лабильности, что делает предпочтительным использование неразрушающих методов анализа древесного вещества.
Применение современных методов исследования и высокоточной приборной базы позволит получить новые данные и уточнить имеющиеся сведения о распределении лигнина в клеточной стенке, его связи с полисахаридами, а также особенностях строения и надмолекулярной структуры лигноуглеводной матрицы.
Целью данной работы является изучение особенностей формирования состава и структуры древесного вещества хвойных на примере можжевельника обыкновенного (Juniperus Communis L.).
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
обосновать выбор биообъекта и региона исследования;
изучить компонентный состав древесины можжевельника различных природно-климатических зон и определить приоритетные факторы формирования компонентов древесного вещества;
определить влияние ферментативного (пероксидазного) катализа на химические процессы формирования древесины можжевельника;
исследовать функциональную природу и физико-химические свойства лигнина в процессе биосинтеза и формирования древесного вещества;
изучить особенности ультрамикростроения и надмолекулярной структуры лигноуглеводной матрицы, а также влияние на процесс их формирования химической природы компонентов древесины.
Научная новизна
Получены новые сведения об особенностях компонентного состава древесины можжевельника обыкновенного различных природно-климатических зон Европейского Севера России. Определены приоритетные факторы формирования компонентов древесного вещества. Установлено, что интенсивность биохимических процессов образования углеводной составляющей древесного вещества можжевельника определяется температурным режимом региона.
Получены новые данные о функциональной природе, физико-химических свойствах и молекулярно-массовых характеристиках малоизмененных препаратов на-тивного лигнина можжевельника. Показана значительная роль растительных перок-сидаз как регуляторов биохимических процессов в биосинтезе и функционализации лигнина.
Методами сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии получены новые экспериментальные данные об особенностях строения древесного вещества можжевельника. Доказана спиральная ориентация микрофибрилл в слоях вторичной клеточной стенки. Получено подтверждение глобулярной структуры макромолеку-лярных образований лигнина с нецеллюлозными полисахаридами.
Практическая значимость
Предложена усовершенствованная методика исследования строения лигно-углеводной матрицы древесины методом сканирующей электронной микроскопии, включающая стадию криомеханической пробоподготовки. Проведена доработка и адаптация методики определения параметра активности пероксидазы в растительном сырье.
На защиту выносятся
Влияние абиотических факторов на компонентный состав древесины можжевельника обыкновенного.
Роль пероксидазы в процессах биосинтеза и функционализации лигнина.
Результаты исследования функциональной природы, молекулярно-массовых характеристик и реакционной способности диоксанлигнинов из разновозрастной древесины можжевельника.
Данные по ультрамикростроению и надмолекулярной структуре древесной матрицы хвойных.
Личный вклад автора
Автор принимал участие в формулировке целей и задач исследования, получении основного массива экспериментальных данных, их интерпретации, подготовке публикаций по теме диссертационной работы.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на: IV Международной молодежной конференции «Экология-2011» (Архангельск); XIV Молодежной конференции по органической химии (Екатеринбург, 2011); IV Международной конференции «Физикохимия растительных полимеров» (Архангельск, 2011); V Всероссийской конференции с международным участием «Новые достижения в химии и
химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2012); 12-th European Workshop on lignocellulosics and pulp «EWLP 2012» (Finland, 2012); Всероссийской конференции с международным участием «Экология и геологические изменения в окружающей среде северных регионов» (Архангельск, 2012); V Международной конференции «Физикохимия растительных полимеров» (Архангельск, 2013).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 научных трудов, из них 3 статьи в журналах, входящих в список ВАК.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей 3 раздела, выводов и списка литературы. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, включая 37 рисунков, 3 схемы и 16 таблиц. Список литературы содержит 172 наименования.
